JP6805756B2 - Display device - Google Patents
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Images
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Description
本発明は、観察者に映像を表示する表示装置に関するものである。 The present invention relates to a display device that displays an image to an observer.
従来、LCD(Liquid Crystal Display)や有機ELディスプレイ等の映像源による映像を、光学系を介して観察者に観察させる頭部装着型の表示装置、いわゆるヘッドマウントディスプレイ(HMD)が提案されている(例えば、特許文献1)。このような頭部装着型の表示装置は、レンズ等の光学系によって映像源から投射される映像光を拡大して鮮明な映像を観察者に表示している。
このような表示装置に用いられる映像源は、映像を構成する複数の画素領域と、各画素領域間に設けられ、映像の表示に寄与しない非画素領域とが設けられている。このような映像源から出射された映像光をレンズにより拡大した場合、画素領域により構成される映像だけでなく、非画素領域が起因となる非映像領域も拡大されてしまうこととなり、映像だけでなく非映像領域も観察者に視認されてしまう場合があり、鮮明な映像の表示の妨げとなる場合があった。
Conventionally, a head-mounted display device (HMD) has been proposed in which an observer observes an image from an image source such as an LCD (Liquid Crystal Display) or an organic EL display via an optical system. (For example, Patent Document 1). Such a head-mounted display device magnifies the image light projected from the image source by an optical system such as a lens and displays a clear image to the observer.
The image source used in such a display device is provided with a plurality of pixel areas constituting the image and a non-pixel area provided between the pixel areas and not contributing to the display of the image. When the image light emitted from such an image source is magnified by a lens, not only the image composed of the pixel area but also the non-image area caused by the non-pixel area is enlarged. In some cases, the non-image area may be visually recognized by the observer, which may hinder the display of a clear image.
本発明の課題は、映像源の画素領域間に存在する非画素領域が起因となる非映像領域が視認されてしまうことを抑制することができる表示装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a display device capable of suppressing visual recognition of a non-image region caused by a non-pixel region existing between pixel regions of an image source.
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。 The present invention solves the above-mentioned problems by the following solutions. In addition, in order to facilitate understanding, the description will be given with reference numerals corresponding to the embodiments of the present invention, but the present invention is not limited thereto.
第1の発明は、複数の画素領域が配列され映像光を出射する映像源(11)と、前記映像光を拡大して観察者側へ出射するレンズ(12)と、前記映像源(11)と前記レンズ(12)との間、又は、前記レンズ(12)の観察者側に配置される光学シート(20)と、を備え、前記光学シート(20)は、2層以上の光学層(21,22,23)が積層され、隣接する前記光学層(21,22,23)の間の界面に凸状又は凹状の単位形状(21a,23a)が複数形成されており、前記単位形状(21a,23a)は、前記光学シート(20)の厚み方向に直交するシート面内の第1の方向に延在し、前記シート面内の前記第1の方向に直交する第2の方向に配列され、前記光学シート(20)の厚み方向に平行であって前記第2の方向に平行な断面における断面形状が円弧状に形成されており、前記単位形状(21a,23a)が配列されるピッチをPとし、前記単位形状(21a,23a)の前記断面形状の円弧状の形状の半径をRとし、前記単位形状(21a,23a)が形成された界面を介して互いに隣接する前記光学層(21,22,23)の屈折率のうち屈折率が高い方の屈折率をn1とし、屈折率がn1よりも低い方の屈折率をn2とし、前記光学シート(20)と前記映像源(11)の表示層との間の距離をLとして、前記光学シート(20)によって前記映像光が拡散される程度を表す指標としての拡散度Dを、D=(P/R)×(1−(n2/n1))×Lと定義し、前記画素領域が配列されている画素配列ピッチをPPとしたとき、1.0≦D/PP≦2.0を満たす表示装置(1)である。 The first invention comprises an image source (11) in which a plurality of pixel regions are arranged to emit image light, a lens (12) that magnifies the image light and emits it to the observer side, and the image source (11). An optical sheet (20) arranged between the lens (12) and the lens (12) or on the observer side of the lens (12), and the optical sheet (20) has two or more optical layers ( 21,22,23) are laminated, and a plurality of convex or concave unit shapes (21a, 23a) are formed at the interface between the adjacent optical layers (21,22,23), and the unit shape (21a, 23a) is formed. 21a, 23a) extend in the first direction in the sheet surface orthogonal to the thickness direction of the optical sheet (20), and are arranged in the second direction orthogonal to the first direction in the sheet surface. The cross-sectional shape in the cross section parallel to the thickness direction of the optical sheet (20) and parallel to the second direction is formed in an arc shape, and the pitch at which the unit shapes (21a, 23a) are arranged. Let P be, and let R be the radius of the arcuate shape of the cross-sectional shape of the unit shape (21a, 23a), and the optical layers adjacent to each other via the interface on which the unit shape (21a, 23a) is formed ( Of the refractive indexes of 21, 22, 23), the one having the higher refractive index is defined as n1, and the one having the lower refractive index than n1 is defined as n2. The optical sheet (20) and the image source (11). ) Is L, and the degree of diffusion D as an index indicating the degree to which the image light is diffused by the optical sheet (20) is D = (P / R) × (1- ( This is a display device (1) that satisfies 1.0 ≦ D / PP ≦ 2.0, where n2 / n1)) × L is defined and the pixel arrangement pitch in which the pixel regions are arranged is PP.
第2の発明は、請求項1に記載の表示装置(1)において、1.2≦D/PP≦1.7を満たすこと、を特徴とする表示装置(1)である。
A second invention is the display device (1) according to
第3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の表示装置(1)において、前記光学シート(20)は、3層以上の前記光学層(21,22,23)を有し、隣接する前記光学層(21,22,23)の間の各界面に設けられた前記単位形状(21a,23a)のシート面方向における延在方向は、前記光学シート(20)の厚み方向から見て交差していること、を特徴とする表示装置(1)である。
According to a third aspect of the present invention, in the display device (1) according to
本発明によれば、表示装置は、映像源の画素領域間に存在する非画素領域が起因となる非映像領域が視認されてしまうことを抑制することができる。 According to the present invention, the display device can prevent the non-image region caused by the non-pixel region existing between the pixel regions of the image source from being visually recognized.
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、図1を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。
本明細書中において、記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
本明細書中において、シート面とは、シート状の部材において、そのシート全体として見たときにおける、シートの平面方向となる面を示すものであるとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings and the like. In addition, each figure shown below including FIG. 1 is a diagram schematically shown, and the size and shape of each part are exaggerated as appropriate for easy understanding.
In the present specification, numerical values such as dimensions of each member and material names described are examples of embodiments, and the present invention is not limited to these, and may be appropriately selected and used.
In the present specification, terms that specify a shape or a geometric condition, for example, terms such as parallel and orthogonal, have the same optical function in addition to their strict meanings, and can be regarded as parallel or orthogonal. It shall also include the state having the error of.
In the present specification, the sheet surface refers to a surface of a sheet-like member that is in the plane direction of the sheet when viewed as a whole.
(実施形態)
図1は、本実施形態の頭部装着型の表示装置1を説明する図である。図1は、表示装置1を鉛直方向上側から見た図である。
図2は、本実施形態の表示装置1に用いられる光学シート20の詳細を説明する図である。図2(a)は、光学シート20の水平面(XY面)に平行な断面における断面図であり、図2(b)は、図2(a)のb部断面図である。図2(c)は、図2(a)のc部詳細を示す図であり、図2(d)は、図2(b)のd部詳細を示す図である。
図3は、本実施形態の表示装置1によって表示された画像の例を示す図である。
図4は、比較例の表示装置5を説明する図である。図4(a)は、比較例の表示装置5の構成を説明する図であり、図1に対応する図である。図4(a)では、理解を容易にするために、表示装置5として、映像源51とレンズ52のみを示している。図4(b)は、比較例の表示装置5によって表示された画像の例を示す図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a head-mounted
FIG. 2 is a diagram illustrating details of the
FIG. 3 is a diagram showing an example of an image displayed by the
FIG. 4 is a diagram illustrating a display device 5 of a comparative example. FIG. 4A is a diagram for explaining the configuration of the display device 5 of the comparative example, and is a diagram corresponding to FIG. In FIG. 4A, only the
なお、図1を含め以下に示す図中及び以下の説明において、理解を容易にするために、観察者がその頭部に表示装置1を装着した状態において、鉛直方向(上下方向)をZ方向とし、水平方向をX方向及びY方向とする。また、この水平方向のうち、光学シート20の厚み方向をY方向とし、その厚み方向に直交する左右方向をX方向とする。このY方向の−Y側を観察者側とし、+Y側を映像源側(背面側)とする。
In addition, in the figure shown below including FIG. 1 and in the following description, in order to facilitate understanding, the vertical direction (vertical direction) is the Z direction when the observer wears the
表示装置1は、観察者がその頭部に装着し、観察者の眼前に映像を表示する、いわゆるヘッドマウントディスプレイ(HMD)である。図1に示すように、本実施形態の頭部装着型の表示装置1は、筐体30の内側に、映像源11と、レンズ12と、光学シート20とを備えており、筐体30が観察者の眼前となるようにその頭部に装着することによって、映像源11に表示された映像を光学シート20、レンズ12を介して観察者の眼Eに視認させることができる。
なお、図1において、表示装置1は、観察者の両眼E1,E2に対して映像を表示する例を挙げて説明するが、これに限定されるものでなく、例えば、観察者の片側の眼E1に対して配置され、その眼E1に対して映像を表示する形態としてもよい。
The
In FIG. 1, the
筐体30は、左右方向に横長の矩形の箱型の筐体であり、その内側に、映像源11を保持する保持部31、光学シート20(20A,20B)を保持する保持部32、レンズ12(12A,12B)を保持する保持部33を備えている。この筐体30は、例えば、不図示のベルト等により、観察者の頭部に装着可能である。
保持部31は、映像源11を保持する部材であり、その映像源11の表示面11a側の面に、観察者の眼E(E1,E2)及びレンズ12(12A,12B)に対応する位置に開口部311(311A,311B)を有している。本実施形態では、映像源11は、この保持部31(すなわち、表示装置1)に着脱可能に保持される。映像源11から出射した映像光Vは、この開口部311(311A,311B)を通ってレンズ12(12A,12B)へ入射する。
The
The holding
保持部32は、保持部31及び映像源11よりも観察者側(−Y側)に位置し、光学シート20を保持する部材である。保持部32は、開口部311(311A,311B)に対応する位置に設けられた開口部321(321A,321B)内に、光学シート20(20A,20B)が嵌めこまれ、保持されている。
この保持部32と前述の保持部31とは、一体となってY方向に移動可能であり、Y方向において所望の位置で固定可能である。したがって、観察者の視力等に応じて、映像源11及び光学シート20とレンズ12との間の距離(レンズ12に対するY方向における位置)を調整可能(ピント調整可能)である。なお、これに限らず、保持部31及び保持部32は、Y方向の位置が固定された形態としてもよい。
保持部33は、保持部32及び光学シート20よりも観察者側(−Y側)に位置し、レンズ12(12A,12B)を保持する部材である。この保持部33は、光学シート20(20A,20B)に対応する位置に開口部331(331A,331B)を有し、その開口部331(331A,331B)内にレンズ12(12A,12B)が嵌めこまれ、保持されている。
The holding
The holding
The holding
映像源11は、映像光Vを出射し、表示面11aに映像を表示するマイクロディスプレイであり、例えば、透過型の液晶表示デバイスや、反射型の液晶表示デバイス、有機EL等を使用することができる。本実施形態の映像源11は、例えば、対角が5インチの有機ELディスプレイが使用される。
映像源11は、その表示面11aが観察者側(−Y側)となるようにして、保持部31に保持されている。
なお、本実施形態では、この表示装置1は、映像源11を1つ備える例を示したが、これに限らず、例えば、後述するレンズ12A,12B及び観察者の眼E1,E2にそれぞれ対応する2台の映像源を備える形態としてもよい。
The
The
In the present embodiment, the
レンズ12(12A,12B)は、映像源11から出射された映像光Vを拡大して観察者側に出射する凸レンズである。本実施形態では、映像源11及び光学シート20(20A,20B)よりも観察者側(−Y側)に配置されている。レンズ12は、透光性の高いガラス製又は樹脂製である。
レンズ12の映像源側(背面側、+Y側)の表面には、反射抑制層12aが形成されている。この反射抑制層12aは、例えば、汎用の反射防止機能を有する材料(例えば、フッ化マグネシウム(MgF2)、二酸化ケイ素(SiO2)、フッ素系光学用コーティング剤等)を所定の膜厚でコーティングする等により設けてもよいし、光の波長より小さなピッチで形成された微小な凹凸形状を有するモスアイ構造を光の入射側の面に有することにより反射抑制機能を奏する層をレンズ12の映像源側に一体に積層して設けてもよい。
The lens 12 (12A, 12B) is a convex lens that magnifies the image light V emitted from the
A
このような反射抑制層12aを設けることにより、レンズ12に入射する光がレンズ12の映像源側で反射して光学シート20側へ向かい、光学シート20の表面で再度反射する等により迷光となることを抑制し、映像のコントラストや明るさの向上を図ることができる。
また、反射抑制層12aは、さらに、レンズ12の観察者側(−Y側)の面に設けてもよい。この位置にさらに反射抑制層12aを設けることにより、レンズ12から映像光が出射する際に、レンズ12と空気との界面で反射し、レンズ12内で迷光となることを抑制でき、映像のコントラスト等を向上できる。
By providing such a
Further, the
光学シート20は、図1に示すように、映像源11とレンズ12との間に配置されている。レンズ12は、映像源11から出射した映像光Vを微少に拡散する拡散機能を有する光透過性のあるシートである。
本実施形態では、観察者の両眼E1,E2に対応して、それぞれ、レンズ12A,12B及び光学シート20A,20Bが設けられている。しかし、これに限らず、例えば、レンズ12A,12Bの領域をカバーできる程度に大きい1枚の光学シート20を、レンズ12よりも映像源側(背面側、−Y側)に配置する形態としてもよい。
As shown in FIG. 1, the
In this embodiment,
従来、主に使用されている頭部装着型の表示装置5(以下、比較例の表示装置5という)は、図4(a)に示すように、上述の光学シート20を備えていない形態であり、映像源51から出射された映像光Vをレンズ52により拡大して、その映像を観察者に表示していた。
映像源51及び映像源11に用いられる有機EL等のディスプレイは、その表示部に映像を形成する画素領域G1が複数配列されており、また、各画素領域G1間には映像の形成に寄与しない非画素領域G2が設けられている。そのため、比較例の表示装置5では、映像源51から出射する映像光Vにより表示される映像は、レンズ52を介して拡大された場合に、図4(b)に示すように、画素領域G1による映像F1だけでなく、非画素領域G2が起因となる非映像領域F2も拡大されてしまう。そして、非映像領域F2も明瞭に観察者に視認され、鮮明な映像表示の妨げとなってしまう場合があった。
As shown in FIG. 4A, the head-mounted display device 5 (hereinafter referred to as the display device 5 of the comparative example), which is mainly used conventionally, is in a form not provided with the above-mentioned
A display such as an organic EL used for the
これに対して、本実施形態の表示装置1では、上述の光学シート20を設けることにより、映像源11から出射した映像光を微少に拡散させ、図3に示すように、その拡散された映像光によって、非画素領域G2が起因となる非映像領域F2が観察者に視認されてしまうことを抑制することができる。
On the other hand, in the
本実施形態の光学シート20は、図2に示すように、映像源側(背面側、+Y側)から順に、反射抑制層24、第1光学層21、第2光学層22、第3光学層23が積層されている。光学シート20は、この第1光学層21及び第2光学層22の界面と、第2光学層22及び第3光学層23の界面とに、それぞれ単位形状21a、単位形状23aが複数形成されている。
第1光学層21は、光学シート20の厚み方向(Y方向)において、第2光学層22及び第3光学層23よりも映像源側(+Y側)に位置し、光透過性を有する層である。第1光学層21の映像源側の面は、略平坦に形成されている。第1光学層21の観察者側(−Y側)の面には、図2(a)に示すように、凸状の単位形状21aが複数形成されている。単位形状21aは、観察者側(−Y側)に凸となっている。
この単位形状21aは、第1光学層21の観察者側の面に沿うようにして、上下方向(Z方向)に延在し、延在方向に直交する左右方向(X方向)に複数配列されている。また、単位形状21aは、左右方向及び厚み方向に平行な面(XY面)における断面形状が円弧状に形成されたレンチキュラーレンズ形状である。なお、本明細書中において、円弧状とは、真円の円弧だけでなく、楕円や長円等の一部を含み、円弧に近似可能な曲線状の形状を含むものをいう。
As shown in FIG. 2, the
The first
A plurality of the unit shapes 21a extend in the vertical direction (Z direction) along the surface of the first
第3光学層23は、光学シート20の最も観察者側(−Y側)に位置する光透過性を有する層である。第3光学層23の観察者側の面は、光学シート20を透過した映像光が出射する面であり、略平坦に形成されている。第3光学層23の映像源側(+Y側)の面は、図2(b)に示すように、凸状の単位形状23aが複数形成されている。単位形状23aは、映像源側(+Y側)に凸となっている。
この単位形状23aは、第3光学層23の映像源側の面に沿うようにして、左右方向(X方向)に延在し、延在方向に直交する鉛直方向(Z方向)に複数配列されており、鉛直方向及び厚み方向に平行な面(YZ面)における断面形状が円弧状に形成されたレンチキュラーレンズ形状である。
The third
A plurality of the unit shapes 23a extend in the left-right direction (X direction) along the surface of the third
光学シート20の厚み方向(シート面の法線方向、Y方向)から見て、第3光学層23に設けられた単位形状23aの延在方向(X方向)と第1光学層21に設けられた単位形状21aの延在方向(Z方向)とは、交差(直交)している。
また、光学シート20の厚み方向(シート面の法線方向、Y方向)から見て、単位形状21aの配列方向(X方向)と単位形状23aの配列方向(Z方向)とは、交差(直交)している。
Seen from the thickness direction of the optical sheet 20 (normal direction of the sheet surface, Y direction), the
Further, when viewed from the thickness direction of the optical sheet 20 (normal direction of the sheet surface, Y direction), the arrangement direction (X direction) of the
第2光学層22は、第1光学層21及び第3光学層23間に設けられた光透過性を有する層である。第2光学層22の両面は、第1光学層21の単位形状21a側の面と、第3光学層23の単位形状23a側の面とが互いに対向するようにして配置されている。
The second
光学シート20は、上述したように、映像光Vを拡散する作用によって、非画素領域G2が起因となる非映像領域F2が観察者に視認されてしまうことを抑制する。光学シート20による拡散作用が強すぎると、映像光Vが必要以上に拡散されてしまい、映像の質が劣化してしまう。一方、光学シート20による拡散作用が弱すぎると、非映像領域F2が観察者に視認されてしまう。したがって、光学シート20は、適切な拡散作用を備えるものとしなければならない。
光学シート20の単位形状21a,23aは、上述したように円弧状の形状に形成されている。よって、光学シート20と映像源11とレンズ12との相対的な位置関係を考慮すれば、光学シート20による映像光Vを拡散する作用によって、非画素領域G2が起因となる非映像領域F2が観察者に視認されてしまうことを抑制する程度を示す指標を設定可能である。
As described above, the
The unit shapes 21a and 23a of the
ここで、単位形状21a,23aが配列されるピッチをPとする。単位形状21a,23aの断面形状の円弧状の形状の半径をRとする。単位形状21a,23aが形成された界面を介して互いに隣接する光学層の屈折率のうち屈折率が高い方である第1光学層21及び第3光学層23の屈折率をn1とし、屈折率がn1よりも低い方である第2光学層22の屈折率をn2とする。光学シート20と映像源11の表示層(11e:後述)との間の距離をLとする。そうすると、光学シート20によって映像光Vが拡散される程度を表す指標としての拡散度Dを、
D=(P/R)×(1−(n2/n1))×L
と定義することができる。この拡散度Dは、光学シート20単体で光を拡散する程度を表すが、画素領域が配列されている画素配列ピッチをPPとして、D/PPを求めれば、非画素領域G2が起因となる非映像領域F2が観察者に視認されてしまうことを光学シート20が抑制する程度を表す指標として用いることが可能である。
Here, let P be the pitch in which the unit shapes 21a and 23a are arranged. Let R be the radius of the arcuate shape of the cross-sectional shape of the unit shapes 21a and 23a. The refractive index of the first
D = (P / R) x (1- (n2 / n1)) x L
Can be defined as. This diffusivity D represents the degree to which light is diffused by the
なお、光学シート20と映像源11の表示層(11e)との間の距離をLとすると先に説明した。この点について、説明する。
図5は、光学シート20と映像源11の表示層11eとの間の距離Lについて説明する図である。
映像源11は、例えば、有機ELディスプレイである場合には、図5に例示するように、観察者側から、透明基板11b、透明電極11c、有機正孔輸送層11d、有機発光層(表示層)11e、有機電子輸送層11f、金属電極11gのように、複数の層が積層されている。上述した拡散度Dの演算に用いる距離Lは、これらの層のうち、表示層11eからの距離を用いるとよい。表示層11eの位置において、非画素領域G2が形成されているからである。
また、光学シート20は、複数の層を重ねて構成されている。よって、上述の距離Lの基準とする位置は、単位形状21aと単位形状23aとの間の中央の位置とするとよい。
なお、本実施形態では、光学シート20が3層構造であり、屈折率界面が2つ有り、単位形状が2種類配置されているので、距離Lの基準位置を上述したように、単位形状21aと単位形状23aとの間の中央の位置とした。しかし、この基準の位置は、単位形状の構成によって変更して適用すべきである。例えば、光学シートが2層構造であって、屈折率界面が1つであって単位形状が1種類のみの場合には、単位形状の高さの平均高さとなる位置とするとよい。また、屈折率界面がさらに多くなる場合にも、屈折率か界面の位置の平均位置とするとよい。
It has been described earlier that the distance between the
FIG. 5 is a diagram illustrating a distance L between the
When the
Further, the
In the present embodiment, the
次に、各種パラメータを変化させて複数種類の光学シート20を作成し実際の見え方を評価した結果を、上記のように定義した拡散度D及び指標D/PPを併記して図6に示す。
なお、表示装置1に用いられる映像源11の画素領域G1の画素配列ピッチPPは、400〜500ppi(pixel per inch)である。本実施形態では、映像源11の画素領域G1の画素配列ピッチPPは、PP=0.0508mm(500ppi)である。
Next, the results of creating a plurality of types of
The pixel array pitch PP of the pixel region G1 of the
図6は、光学シート20の見え方とD/PPとの関係を示す図である。
なお、図6では、拡散度Dを計算するための中間値としてΔnを求めた結果も併記している。Δn=1−(n2/n1)である。よって、拡散度Dは、
D=(P/R)×Δn×L
と表すこともできる。
この図6を見れば明らかなように、非映像領域F2が観察者に視認されてしまうことを抑制する程度とD/PPとの間には、よい相関関係がある。
そして、
1.0≦D/PP≦2.0の範囲であれば、画素が独立して見えずに、かつ、映像がぼけ過ぎずない、良好な画像を観察することができるといえる。
また、より厳しい条件、すなわち、1.2≦D/PP≦1.7の範囲であれば、最適な画像を観察することが可能である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the appearance of the
In FIG. 6, the result of obtaining Δn as an intermediate value for calculating the degree of diffusion D is also shown. Δn = 1- (n2 / n1). Therefore, the degree of diffusion D is
D = (P / R) × Δn × L
It can also be expressed as.
As is clear from FIG. 6, there is a good correlation between the degree of suppressing the non-image region F2 from being visually recognized by the observer and the D / PP.
And
If the range is 1.0 ≦ D / PP ≦ 2.0, it can be said that a good image can be observed in which the pixels are not seen independently and the image is not too blurred.
Further, under stricter conditions, that is, in the range of 1.2 ≦ D / PP ≦ 1.7, it is possible to observe an optimum image.
このように、光学シート20に関して、D/PPの値の範囲を規定することによって、本実施形態の表示装置1は、映像源11から出射した映像光Vを鉛直方向や左右方向に微少に拡散することができる。これにより、表示装置1は、観察者に鮮明な映像を表示するとともに、映像光Vの微少な拡散によって映像源11の非画素領域G2が起因となる非映像領域F2が目立ってしまうことを抑制することができる。
By defining the range of D / PP values for the
第1光学層21及び第3光学層23は、それぞれ、光透過性の高いPC(ポリカーボネート)樹脂、MS(メチルメタクリレート・スチレン)樹脂、アクリル系樹脂等から形成されており、本実施形態では、第1光学層21及び第3光学層23はともに同じ材料で形成され、同じ屈折率を有している。
また、第2光学層22は、光透過性の高いウレタンアクリレート樹脂や、エポキシアクリレート樹脂等の紫外線硬化型樹脂等から形成されており、本実施形態では、第1光学層21及び第3光学層23の屈折率よりも低い屈折率となっている。
The first
Further, the second
なお、本実施形態の光学シート20は、単位形状21aと単位形状23aとは、その断面形状が同じ形状であり、P1=P2=P、R1=R2=Rとして、上述の拡散度Dの計算を行っている。しかし、P1とP2とを異なる値としてもよいし、R1とR2とを異なる値としてもよい。そのような場合には、上述の拡散度Dの計算において、拡散方向毎に、それぞれの値を用いればよい。すなわち、単位形状21aが光を拡散する方向に関しては、単位形状21aのパラメータP1、R1を用いればよく、単位形状23aが光を拡散する方向に関しては、単位形状23aのパラメータP2、R2を用いればよい。そして、両方向に関して、D/PPが上述した所定の範囲内に収まっていれば、良好な結果を得ることができる。
また、各単位形状の断面形状が楕円形状や長円の一部形状であって、完全な円弧ではない場合には、その形状を円弧で近似して、その円弧形状の半径をRとして演算すればよい。
In the
If the cross-sectional shape of each unit shape is an ellipse or a part of an ellipse and is not a perfect arc, approximate the shape with an arc and calculate the radius of the arc as R. Just do it.
また、本実施形態では、単位形状21aの配列ピッチP1及び単位形状23aの配列ピッチP2は、それぞれ、0.1mm≦P1≦0.5mm、0.1≦P1≦0.5mmを満たすことが好ましい。仮に、配列ピッチP1,P2が0.1mm未満であると、このような寸法の単位形状21a,23aを製造するのが困難となり、また、光の回折現象が生じやすくなり、回折光の影響によって映像が不鮮明になるので好ましくない。また、配列ピッチP1,P2が0.5mmよりも大きい場合、隣り合う単位形状間のラインが視認されてしまう場合があり、好ましくない。
Further, in the present embodiment, it is preferable that the arrangement pitch P1 of the
さらに、本実施形態の光学シート20は、第1光学層21の映像源側(背面側、+Y側)に、反射抑制層24が設けられている。
この反射抑制層24は、レンズ12の映像源側に設けられた反射抑制層12aと同様に、例えば、汎用の反射防止機能を有する材料(例えば、フッ化マグネシウム(MgF2)、二酸化ケイ素(SiO2)、フッ素系光学用コーティング剤等)を所定の膜厚でコーティングする等により設けてもよい。また、映像源11が表示装置に固定され、着脱不可能である場合等には、光の波長より小さなピッチで形成された微小な凹凸形状を有するモスアイ構造を光の入射側の面に有することにより反射抑制機能を奏する層を光学シート20の映像源側に一体に積層して設けてもよい。
Further, the
Similar to the
反射抑制層24を光学シート20の映像源側に設けることにより、光学シート20に入射する光が光学シート20の映像源側の面で反射して映像源11側へ向かうことによる映像の明るさの低下を抑制できる。
また、反射抑制層24を光学シート20の映像源側に設けることにより、光学シート20に入射する光が光学シート20の映像源側の面で反射して映像源11側へ向かい、映像源11の表示面11aで再度反射する等により迷光となることを抑制し、映像のコントラスト向上を図ることができる。
By providing the
Further, by providing the
なお、反射抑制層24は、さらに、光学シート20の観察者側(−Y側)の面に設けてもよい。この位置にさらに反射抑制層24を設けることにより、光学シート20から映像光が出射する際に、光学シート20と空気との界面で反射し、光学シート20内で迷光となることを抑制でき、映像のコントラスト等を向上できる。
また、光学シート20の映像源側(+Y側)の面に、ハードコート機能や、防汚機能等を有する層を設けてもよい。このような層を設けることにより、映像源11が筐体30に着脱可能である場合に、映像源11を筐体30から外したときに、光学シート20が傷ついたり、汚れが付着したりして、映像の視認の妨げになることを抑制できる。
The
Further, a layer having a hard coat function, an antifouling function, or the like may be provided on the surface of the
また、本実施形態の表示装置1は、上述のように、レンズ12よりも映像源側(+Y側)に光学シート20が位置するので、映像源11が筐体30に着脱可能である表示装置1において映像源11を筐体30から外した場合等に、筐体内に侵入した埃やゴミ等の異物によってレンズ12が破損したり汚れたりすることがない。また、光学シート20の映像源側が異物等で汚れた場合にも、単位形状を傷つけることなく、ふき取ることが可能である。
また、特に、モスアイ構造を有する反射抑制層に関しては、高い反射抑制効果を有しているが、破損しやすいために観察者の指等が触れない位置に設けることが重要となる。本実施形態の表示装置1では、レンズ12よりも映像源側(+Y側)に光学シート20が位置するので、そのような反射抑制層を光学シート20の観察者側やレンズ12の映像源側等に設けることができ、より高い反射抑制効果が得られ、映像のコントラストや明るさの向上を図ることができる。
Further, in the
Further, in particular, the reflection suppression layer having a moth-eye structure has a high reflection suppression effect, but it is easily damaged, so it is important to provide it at a position where the observer's finger or the like does not touch. In the
次に、映像源11から出射された映像光Vが観察者の眼E(E1,E2)に届くまでの動作について説明する。
図1に示すように、映像源11から出射した映像光Vは、光学シート20(20A,20B)の映像源側(+Y側)の面に入射する。そして、光学シート20に入射した映像光Vは、第1光学層21を透過して、第1光学層21及び第2光学層22との界面の単位形状21aによって、左右方向(X方向)に微少に拡散して第2光学層22内を透過する。
第2光学層22を透過した映像光Vは、第2光学層22及び第3光学層23との界面に形成された単位形状23aによって、鉛直方向(Z方向)に微少に拡散し、第3光学層23を透過して光学シート20の観察者側(−Y側)の面から出射する。
光学シート20を透過した映像光Vは、レンズ12(12A,12B)へ入射する。そして、レンズ12により、映像光Vが拡大され、観察者側(−Y側)へ出射する。
Next, the operation until the image light V emitted from the
As shown in FIG. 1, the image light V emitted from the
The image light V transmitted through the second
The image light V transmitted through the
映像光Vは、光学シート20により左右方向及び鉛直方向に微少に拡散させられる。そのため、レンズ12により画像が拡大されても、観察者の眼Eによって視認される画像には、図3に示すように、比較例の表示装置5の場合に比して(図4(b)参照)、映像源11の非画素領域G2が起因となる非映像領域F2が目立ってしまうことを極力抑制することができ、鮮明な映像を表示することができる。
The image light V is slightly diffused in the left-right direction and the vertical direction by the
また、1.0≦D/PP≦2.0の範囲であれば、画素が独立して見えずに、かつ、映像がぼけ過ぎずない、良好な画像を観察することができる。また、より厳しい条件、すなわち、1.2≦D/PP≦1.7の範囲であれば、最適な画像を観察することが可能である。 Further, if the range is 1.0 ≦ D / PP ≦ 2.0, it is possible to observe a good image in which the pixels are not seen independently and the image is not too blurred. Further, under stricter conditions, that is, in the range of 1.2 ≦ D / PP ≦ 1.7, it is possible to observe an optimum image.
次に、本実施形態の表示装置1に用いられる光学シート20の製造方法について説明する。
上述したように、光学シート20の第1光学層21及び第3光学層23に設けられた各単位形状21a、単位形状23aは、互いに同じ形状に形成されているため、まず、この凸状の単位形状に対応する凹形状が設けられた金型を使用して、単位形状が形成されたシート状部材を押出成形法や、射出成形法等により形成する。
それから、単位形状が形成されたシート状部材を、所定の寸法に裁断して、第1光学層21及び第3光学層23を得る。
このように、単位形状21a及び単位形状23aが同形状に形成されている場合、1枚のシート状部材から第1光学層21及び第3光学層23を同時に切り出すことができ、光学シート20の製造効率を向上させることができる。
Next, a method of manufacturing the
As described above, since the unit shapes 21a and the unit shapes 23a provided on the first
Then, the sheet-shaped member having the unit shape formed is cut into predetermined dimensions to obtain the first
When the
続いて、第1光学層21の単位形状21a側の面上に、第2光学層22を形成する樹脂を充填し、その樹脂と、第3光学層23の単位形状23a側の面とを貼り合わせて、第1光学層21及び第3光学層23間に所定の距離を設けた状態で樹脂を硬化させる。このとき、第1光学層21及び第3光学層23は、単位形状21aの延在方向と単位形状23aの延在方向とが互いに交差(直交)するようにして配置される。
これにより、第1光学層21、第2光学層22、第3光学層23が順次積層された状態となる。さらに、第1光学層21の表面(第2光学層22側とは反対側の面)に、反射抑制層24を設けることにより、光学シート20が完成する。
Subsequently, the surface of the first
As a result, the first
以上より、本実施形態の表示装置1は、映像源11とレンズ12との間に、少なくとも2層以上の光学層を有し、各光学層間の界面に単位形状21a,23aが複数形成された光学シート20を備え、1.0≦D/PP≦2.0を満たす、又は、1.2≦D/PP≦1.7を満たす。これにより、表示装置1は、映像源11から出射した映像光Vを微少に拡散することができ、観察者に鮮明な映像を表示するとともに、映像源11の非画素領域G2が起因となる非映像領域F2が観察者に視認されてしまうことを抑制することができる。
From the above, the
また、本実施形態の表示装置1は、上述のように、レンズ12よりも映像源側(+Y側)に光学シート20が位置するので、映像源11が表示装置1(筐体30)から外された状態であったとしても、侵入した埃やごみ等の異物からレンズ12を保護することができ、異物によってレンズ12が破損したり汚れたりするがなく、光学シート20の映像源側表面が汚れたり曇ったりした場合等も、単位形状を傷つけることなく、ふき取ることが可能である。
また、本実施形態の表示装置1は、光学シート20の映像源側(入光側、+Y側)の面に反射抑制層24を備え、レンズ12の映像源側の面に反射抑制層12aを備えているので、迷光を抑制し、映像の明るさやコントラストを向上できる。
Further, in the
Further, the
また、本実施形態の表示装置1は、単位形状21aが、凸状であって、光学シート20の厚み方向(Y方向)に直交するシート面(XZ面)内のZ方向(第1の方向)に延在し、シート面内のZ方向に直交するX方向(第2の方向)に配列され、光学シート20の厚み方向及び配列方向に平行な断面(XY面)における断面形状が円弧状に形成されている。同様に、単位形状23aが、凸状であって、光学シート20の厚み方向(Y方向)に直交するシート面(XZ面)内のX方向に延在し、シート面内のX方向に直交するZ方向に配列され、光学シート20の厚み方向及び配列方向に平行な断面(YZ面)における断面形状が円弧状に形成されている。これにより、表示装置1は、単位形状21a,23aを通過する映像光を効率よく均等に拡散させることができる。
Further, in the
さらに、本実施形態の表示装置1は、光学シート20が3層以上の光学層を有しており、隣り合う光学層間の各界面に設けられた単位形状21a及び単位形状23aのシート面内における延在方向(Z方向、X方向)が、光学シート20の厚み方向から見て直交(交差)している。これにより、表示装置1は、映像源11から出射した映像光を複数の方向(左右方向及び鉛直方向)に拡散させることができ、映像源11の非画素領域が起因となる非映像領域をより効果的に目立たなくすることができる。
Further, in the
なお、第1光学層21の単位形状21a及び第3光学層23の単位形状23aの各配列方向や、各配列方向及び光学シート20の厚み方向に沿った断面での単位形状21a,23aの断面形状に関しては、上述の例に限らず、適宜変更してよい。
以下に、本実施形態の表示装置1に用いられる光学シート20の他の形態について説明する。
The cross sections of the unit shapes 21a and 23a in the respective arrangement directions of the
Hereinafter, other embodiments of the
例えば、光学シート20は、単位形状21aの延在方向が鉛直方向(Z方向)であり、単位形状23aの延在方向が左右方向(X方向)であり、これらが直交する例を説明したが、光学シート20の単位形状21aの延在方向が、左右方向に対して45°傾斜した方向(上下方向に対して45°傾斜)であり、単位形状23aの延在方向が、左右方向に対して−45°に傾斜した方向であり、Y方向から見て、単位形状21aの延在方向と単位形状23aの延在方向とが交差(この場合は、直交)する形態としてもよい。
For example, in the
また、光学シート20の単位形状21aの延在方向が鉛直方向(Z方向)に対して傾斜する角度、及び、単位形状23aの延在方向が左右方向(X方向)に対して傾斜する角度は、上記の45°に限らず、例えば、15°や30°等としてもよく、映像源11の画素の配列や所望する光学性能等に応じて、各単位形状の延在方向を適宜設定してよい。これにより、非画素領域G2に起因する非映像領域F2を目立たせなくする効果をさらに高めることができる。
また、一方の単位形状の延在方向が、他方の単位形状の延在方向と直交以外の角度で交差するようにしてもよい。このような形態としても、非画素領域G2に起因する非映像領域F2を目立たせなくする効果をさらに高めることができる。
Further, the angle at which the extending direction of the
Further, the extending direction of one unit shape may intersect with the extending direction of the other unit shape at an angle other than orthogonal. Even in such a form, the effect of making the non-image region F2 caused by the non-pixel region G2 inconspicuous can be further enhanced.
図7は、本実施形態の頭部装着型の表示装置1の他の形態を説明する図である。
図7に示すように、光学シート20をレンズ12よりも観察者側(−Y側)に配置してもよい。このような配置を採用しても、1.0≦D/PP≦2.0を満たす、又は、1.2≦D/PP≦1.7を満たすことにより、表示装置1は、観察者にぼやけの少ない鮮明な映像を表示するとともに、映像光の微少な拡散によって映像源11の非画素領域G2に起因する非映像領域F2が目立って観察されることを抑制することができる。
FIG. 7 is a diagram illustrating another embodiment of the head-mounted
As shown in FIG. 7, the
(変形形態)
以上説明した実施形態等に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(Transformed form)
Not limited to the embodiments described above, various modifications and changes are possible, and these are also within the scope of the present invention.
(1)実施形態において、光学シート20は、第1光学層21、第2光学層22、第3光学層23の3つの光学層が順次、積層された層構成を有する例を示したが、これに限定されるものでない。
例えば、光学シート20は、所望する光学性能等に応じて、第1光学層21及び第2光学層22の2層が積層された形態としてもよく、また、4層以上の光学層を備える形態としてもよい。
(1) In the embodiment, the
For example, the
(2)実施形態において、光学シート20は、保持部32に保持される形態を示したがこれに限らず、例えば、映像源11を保持する保持部31の開口部311の観察者側等に開口部311を塞ぐように接合される形態等としてもよいし、レンズ12を保持する保持部33の開口部331の映像源側に開口部331を塞ぐように貼り付けられる形態としてもよい。
(2) In the embodiment, the
(3)実施形態において、光学シート20は、映像源側(+Y側)に第1光学層21が配置され、観察者側(−Y側)に第3光学層23が配置される例を示したが、これに限定されるものでなく、第1光学層21が観察者側に、第3光学層23が映像源側に配置されるようにしてもよい。
(3) In the embodiment, the
(4)実施形態において、光学シート20は、第1光学層21及び第3光学層23の屈折率が、第2光学層22の屈折率よりも高い例を説明したが、これに限定されるものでなく、例えば、第1光学層21及び第3光学層23の屈折率が、第2光学層22の屈折率よりも低くなるようにしてもよい。
(4) In the embodiment, the
(5)実施形態において、第2光学層22は、紫外線硬化型樹脂により構成される層である例を示したが、これに限定されるものでなく、例えば、透過性のある粘着剤により構成され、第1光学層21及び第3光学層23を接合するようにしてもよい。
(5) In the embodiment, the second
(6)実施形態において、映像源11は、表示装置1に予め固定され、着脱不可能である形態としてもよい。
(6) In the embodiment, the
(7)実施形態において、単位形状21aは、いずれも隣り合う単位形状21aと隣接して配置されている例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、単位形状21aと単位形状21aとの間に、平坦部を設けてもよい。平坦部を幅を単位形状21aの幅の10%程度とすれば、十分に本発明の効果を得ることができる。なお、単位形状23aについても同様である。
(7) In the embodiment, the
なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態等によって限定されることはない。 The embodiment and the modified form may be used in combination as appropriate, but detailed description thereof will be omitted. Further, the present invention is not limited to the embodiments described above.
1 表示装置
5 表示装置(従来)
11 映像源
11a 表示面
11b 透明基板
11c 透明電極
11d 有機正孔輸送層
11e 表示層
11f 有機電子輸送層
11g 金属電極
12 レンズ
12A レンズ
12B レンズ
12a 反射抑制層
20 光学シート
20A 光学シート
20B 光学シート
21 第1光学層
21a 単位形状
21b 平坦部
22 第2光学層
23 第3光学層
23a 単位形状
23b 平坦部
24 反射抑制層
30 筐体
31 保持部
32 保持部
33 保持部
51 映像源(従来)
52 レンズ(従来)
120 光学シート
121 第1光学層
121a 単位形状
122 第2光学層
311 開口部
321 開口部
331 開口部
1 Display device 5 Display device (conventional)
11
52 lens (conventional)
120 Optical sheet 121 First optical layer 121a Unit shape 122 Second
Claims (3)
前記映像光を拡大して観察者側へ出射するレンズと、
前記映像源と前記レンズとの間、又は、前記レンズの観察者側に配置される光学シートと、
を備え、
前記光学シートは、2層以上の光学層が積層され、隣接して屈折率が異なる前記光学層の間の界面に凸状又は凹状の単位形状が複数形成されており、
前記単位形状は、前記光学シートの厚み方向に直交するシート面内の第1の方向に延在し、前記シート面内の前記第1の方向に直交する第2の方向に配列され、前記光学シートの厚み方向に平行であって前記第2の方向に平行な断面における断面形状が円弧状に形成されており、
前記単位形状が配列されるピッチをPとし、前記単位形状の前記断面形状の円弧状の形状の半径をRとし、前記単位形状が形成された界面を介して互いに隣接する前記光学層の屈折率のうち屈折率が高い方の屈折率をn1とし、屈折率がn1よりも低い方の屈折率をn2とし、前記映像源における非画素領域が形成されている位置と、前記単位形状の平均高さ位置又は複数の屈折率界面が存在する場合における平均位置との間の距離をLとして、前記光学シートによって前記映像光が拡散される程度を表す指標としての拡散度Dを、
D=(P/R)×(1−(n2/n1))×L
と定義し、前記画素領域が配列されている画素配列ピッチをPPとしたとき、
1.0≦D/PP≦2.0
を満たす表示装置。 An image source in which multiple pixel areas are arranged and emits image light,
A lens that magnifies the image light and emits it to the observer side.
An optical sheet arranged between the image source and the lens or on the observer side of the lens.
With
In the optical sheet, two or more optical layers are laminated, and a plurality of convex or concave unit shapes are formed at the interface between the optical layers having different refractive indexes adjacent to each other.
The unit shape extends in a first direction in the sheet surface orthogonal to the thickness direction of the optical sheet, and is arranged in a second direction orthogonal to the first direction in the sheet surface, and the optical The cross-sectional shape in the cross section parallel to the thickness direction of the sheet and parallel to the second direction is formed in an arc shape.
The pitch at which the unit shapes are arranged is P, the radius of the arcuate shape of the cross-sectional shape of the unit shape is R, and the refractive index of the optical layers adjacent to each other via the interface on which the unit shape is formed. Of these, the one with the higher refractive index is defined as n1, the refractive index of which is lower than n1 is defined as n2, the position where the non-pixel region is formed in the image source, and the average height of the unit shape. Let L be the distance from the vertical position or the average position when there are a plurality of refractive index interfaces , and let D be the degree of diffusion D as an index indicating the degree to which the image light is diffused by the optical sheet.
D = (P / R) x (1- (n2 / n1)) x L
When the pixel arrangement pitch in which the pixel areas are arranged is PP.
1.0 ≤ D / PP ≤ 2.0
Display device that meets the requirements.
1.2≦D/PP≦1.7を満たすこと、
を特徴とする表示装置。 In the display device according to claim 1,
Satisfying 1.2 ≤ D / PP ≤ 1.7,
A display device characterized by.
前記光学シートは、3層以上の前記光学層を有し、隣接する前記光学層の間の各界面に設けられた前記単位形状のシート面方向における延在方向は、前記光学シートの厚み方向から見て交差していること、
を特徴とする表示装置。 In the display device according to claim 1 or 2.
The optical sheet has three or more layers of the optical layers, and the extending direction of the unit shape provided at each interface between the adjacent optical layers in the sheet surface direction is from the thickness direction of the optical sheet. Seeing and intersecting,
A display device characterized by.
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